Một vật chuyển động trong $3$ giờ với vận tốc $v\,\,(km/h)$ phụ thuộc vào thời gian $t\,\,(h)$ có đồ thị vận tốc như hình bên. Trong khoảng thời gian $1$ giờ kể từ khi bắt đầu chuyển động, đồ thị đó là một phần của đường parabol có đỉnh $I(2;5)$ và có trục đối xứng song song với trục tung, khoảng thời gian còn lại của đồ thị là một đoạn thẳng song song với trục hoành. Tính quãng đường mà vật di chuyển được trong $3$ giờ đó
Trả lời bởi giáo viên
Gọi phương trình của vận tốc trong 1h đầu là: $v(t) = a\,{t^2} + bt + c\,\,(a \ne 0)$
Quan sát hình vẽ, ta thấy đồ thị hàm số có đỉnh $I(2;5)$ và đi qua điểm $A(1;4),\,\,\,(0;1)$.
Suy ra: $\left\{ \begin{array}{l} - \dfrac{b}{{2a}} = 2\\a{.2^2} + b.2 + c = 5\\c = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}c = 1\\b = - 4a\\4a + 2b + 1 = 5\end{array} \right.$ $ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}c = 1\\a = - 1\\b = 4\end{array} \right. \Rightarrow v(t) = - {t^2} + 4t + 1$
Quãng đường vật chuyển động trong 1 giờ đầu là:
$s = \int_0^1 {v(t)dt} = \int_0^1 {\left( { - {t^2} + 4t + 1} \right)dt} = \left. {\left( { - \dfrac{{{t^3}}}{3} + 2{t^2} + t} \right)} \right|_0^1 = - \dfrac{{{1^3}}}{3} + {2.1^2} + 1 - 0 = \dfrac{8}{3}\,(km)$
Trong 2h tiếp theo vật chuyển động thẳng đều với vận tốc \(4km/h\)
\( \Rightarrow \) Quãng đường đi được trong 2h tiếp theo là $8$ km.
Vậy quãng đường mà vật di chuyển được trong 3 giờ đó là: \(\dfrac{8}{3} + 8 = \dfrac{{32}}{3}\,\,\left( {km} \right)\)
Hướng dẫn giải:
Chia chuyển động của vật thành 2 giai đoạn: Trong 1h đầu và trong 2h tiếp theo.
+) Trong 1h đầu, tìm phương trình của vận tốc chính là phương trình parabol \( \Rightarrow s = \int\limits_0^1 {v\left( t \right)dt} \)
+) Trong 2h tiếp theo, vật chuyển động thẳng đều \( \Rightarrow s = v.t\)